JP2022157884A - ロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で振動を抑制することができるロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラムを提供すること。【解決手段】基台と、前記基台に接続されるロボットアームと、前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、を有するロボットの制御方法であって、前記ロボットアームに設置されるエンドエフェクターの重量および前記エンドエフェクターの作業対象である対象物の重量に関する情報を含むウェイト情報を取得する第１ステップと、前記第１ステップで取得した前記ウェイト情報に基づいて、前記モーターを駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を有することを特徴とするロボットの制御方法。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラムに関するものである。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。各種ロボットとしては、例えば特許文献１に示すようなロボットが知られている。

特許文献１のロボットでは、アームの振動を低減するために、以下のような動作を行う。まず、アームに設けられたエンドエフェクターを叩いて振動させて、その振動を測定する。次いで、測定結果に基づいてアームの固有振動数を算出する。そして、算出した固有振動数に基づいて、アームを動作するためのトルク制御信号から、特定の周波数成分を除去してトルク制御信号を補正する。

この補正したトルク制御信号でアームを駆動することにより、アームに生じる振動を低減することができる。

特開２００１－２９３６３８号公報

しかしながら、特許文献１のロボットでは、固有振動数を特定するためにハンマーで叩く作業や振動を計測する計測装置の準備が必要となり手間であった。

本発明のロボットの制御方法は、基台と、前記基台に接続されるロボットアームと、前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、を有するロボットの制御方法であって、
前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、
前記第１ステップで取得した前記高さ情報に基づいて、前記モーターを駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を有することを特徴とする。

本発明のロボットシステムは、基台と、
前記基台に接続されるロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、
前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記高さ情報に基づいて、前記駆動信号から除去する周波数成分を決定し、決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する補正信号生成部と、を有することを特徴とする。

本発明のロボット制御プログラムは、基台と、前記基台に接続されるロボットアームと、前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、を有するロボットを制御するための制御プログラムであって、
前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、
前記第１ステップで取
得した前記高さ情報に基づいて、前記モーターを駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を実行するためのものであることを特徴とする。

本発明のロボットシステムの概略構成図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す制御装置のブロック図である。 調整部が参照するテーブルの一例を示す図である。 調整部が参照するテーブルの一例を示す図である。 調整部が参照するテーブルの一例を示す図である。 調整部が参照するテーブルの一例を示す図である。 図１に示すロボットの、ロボットアームの重心とエンドエフェクターの重心との位置関係を示す側面図である。 図１に示すロボットの、ロボットアームの重心とエンドエフェクターの重心との位置関係を示す側面図である。 図１に示すロボットアームの全体形状を示す図である。 図１に示すロボットアームの全体形状を示す図である。 図１に示すロボットアームの動作経路を説明するための図である。 本発明のロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明のロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットシステムの概略構成図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示す制御装置のブロック図である。図４～図７は、それぞれ、調整部が参照するテーブルの一例を示す図である。図８および図９は、それぞれ、図１に示すロボットの、ロボットアームの重心とエンドエフェクターの重心との位置関係を示す側面図である。図１０および図１１は、図１に示すロボットアームの全体形状を示す図である。図１２は、図１に示すロボットアームの動作経路を説明するための図である。図１３は、本発明のロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。

また、図１では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言う。また、図１中のｚ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、ｘ軸方向およびｙ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。また、各軸において、先端側を「＋側」と言い、基端側を「－側」と言う。

図１および図２に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等の作業対象である対象物（以下、「ワーク」と言う）の保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム１００は、ロボット２と、ロボット２の作動を制御する制御装置８と、ロボット２に対して動作プログラムを教示する教示装置３と、力検出部５と、エンドエフェクター７とを備える。また、ロボット２、制御装置８および教示装置３のそれぞれは、有線または無線により通信可能とされ、その通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。

まず、ロボット２について説明する。
ロボット２は、図示の構成では、水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットである。ただし、この構成に限定されず、ロボット２は、垂直６軸ロボットのような多関節ロボットであってもよい。図１に示すように、ロボット２は、基台２１と、基台２１に接続されるロボットアーム２０と、オペレーターからの所定の操作を受け付ける受付部４と、を有する。

基台２１は、ロボットアーム２０を支持する部分である。基台２１には、後述する制御装置８が内蔵されている。また、基台２１の任意の部分には、ロボット座標系の原点が設定されている。なお、図１に示すｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、ロボット座標系の軸である。

ロボットアーム２０は、第１アーム２２と、第２アーム２３と、作業ヘッドである第３アーム２４と、を備えている。また、基台２１と第１アーム２２との連結部分、第１アーム２２と第２アーム２３との連結部分および第２アーム２３と第３アーム２４との連結部分を関節とも言う。

なお、ロボット２は、図示の構成に限定されず、アームの数は、１つまたは２つであってもよく、４つ以上であってもよい。

また、ロボット２は、第１アーム２２を基台２１に対して回転させる駆動部２５と、第２アーム２３を第１アーム２２に対して回転させる駆動部２６と、第３アーム２４のシャフト２４１を第２アーム２３に対して回転させるｕ駆動部２７と、シャフト２４１を第２アーム２３に対してｚ軸方向に移動させるｚ駆動部２８と、を備えている。

図１および図２に示すように、駆動部２５は、第１アーム２２の筐体２２０内に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２５１と、ブレーキ２５２と、モーター２５１の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター２５１または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー２５３とを有している。

駆動部２６は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２６１と、ブレーキ２６２と、モーター２６１の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター２６１または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー２６３とを有している。

ｕ駆動部２７は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２７１と、ブレーキ２７２と、モーター２７１の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター２７１または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー２７３とを有している。

ｚ駆動部２８は、第２アーム２３の筐体２３０に内蔵されており、駆動力を発生するモーター２８１と、ブレーキ２８２と、モーター２８１の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター２８１または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー２８３とを有している。

モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１としては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。また、減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。

ブレーキ２５２、ブレーキ２６２、ブレーキ２７２およびブレーキ２８２は、ロボットアーム２０を減速させる機能を有する。具体的には、ブレーキ２５２は、第１アーム２２の動作速度を減速させ、ブレーキ２６２は、第２アーム２３の動作速度を減速させ、ブレーキ２７２は、第３アーム２４のｕ軸方向の動作速度を減速させ、ブレーキ２８２は、第３アーム２４のｚ軸方向の動作速度を減速させる。

制御装置８が、通電条件を変更することによりブレーキ２５２、ブレーキ２６２、ブレーキ２７２およびブレーキ２８２が作動してロボットアーム２０の各部位をそれぞれ減速させる。ブレーキ２５２、ブレーキ２６２、ブレーキ２７２およびブレーキ２８２は、制御装置８によって、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１とは独立して制御される。

ブレーキ２５２、ブレーキ２６２、ブレーキ２７２およびブレーキ２８２としては、電磁ブレーキ、機械式ブレーキ、油圧式ブレーキ、空圧式ブレーキ等が挙げられる。

また、図２に示すように、エンコーダー２５３、エンコーダー２６３、エンコーダー２７３およびエンコーダー２８３は、ロボットアーム２０の位置を検出する位置検出部である。エンコーダー２５３、エンコーダー２６３、エンコーダー２７３およびエンコーダー２８３は、制御装置８とそれぞれ電気的に接続されている。エンコーダー２５３、エンコーダー２６３、エンコーダー２７３およびエンコーダー２８３は、検出した回転角度に関する情報を制御装置８に電気信号として送信する。これにより、制御装置８は、受信した回転角度に関する情報に基づいて、ロボットアーム２０の作動を制御することができる。

このような駆動部２５、駆動部２６、ｕ駆動部２７およびｚ駆動部２８は、それぞれ、対応する図示しないモータードライバーに接続されており、モータードライバーを介して制御装置８により制御される。

基台２１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１の上端部には第１アーム２２が連結されている。第１アーム２２は、基台２１に対して鉛直方向に沿う第１軸Ｏ１回りに回転可能となっている。第１アーム２２を回転させる駆動部２５が駆動すると、第１アーム２２が基台２１に対して第１軸Ｏ１回りに水平面内で回転する。また、エンコーダー２５３により、基台２１に対する第１アーム２２の回転量が検出できるようになっている。

また、第１アーム２２の先端部には、第２アーム２３が連結されている。第２アーム２３は、第１アーム２２に対して鉛直方向に沿う第２軸Ｏ２回りに回転可能となっている。第１軸Ｏ１の軸方向と第２軸Ｏ２の軸方向とは同一である。すなわち、第２軸Ｏ２は、第１軸Ｏ１と平行である。第２アーム２３を回転させる駆動部２６が駆動すると、第２アーム２３が第１アーム２２に対して第２軸Ｏ２回りに水平面内で回転する。また、エンコーダー２６３により、第１アーム２２に対する第２アーム２３の駆動量、具体的には、回転量が検出できるようになっている。

また、第２アーム２３の先端部には、第３アーム２４が設置、支持されている。第３アーム２４は、シャフト２４１を有している。シャフト２４１は、第２アーム２３に対して、鉛直方向に沿う第３軸Ｏ３回りに回転可能であり、かつ、上下方向に移動可能となっている。このシャフト２４１は、ロボットアーム２０の最も先端のアームである。

シャフト２４１を回転させるｕ駆動部２７が駆動すると、シャフト２４１は、ｚ軸回りに回転する。また、エンコーダー２７３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１の回転量が検出できるようになっている。

また、シャフト２４１をｚ軸方向に移動させるｚ駆動部２８が駆動すると、シャフト２４１は、上下方向、すなわち、ｚ軸方向に移動する。また、エンコーダー２８３により、第２アーム２３に対するシャフト２４１のｚ軸方向の移動量が検出できるようになっている。

また、ロボット２では、シャフト２４１の先端を制御点ＴＣＰとし、この制御点ＴＣＰを原点とした先端座標系が設定されている。この先端座標系は、前述したロボット座標系とキャリブレーションが済んでおり、先端座標系での位置をロボット座標系に変換することができる。これにより、制御点ＴＣＰの位置を、ロボット座標系で特定することができる。

また、シャフト２４１の下端部には、各種のエンドエフェクター７が着脱可能に連結される。エンドエフェクター７は、図示の構成では、ワークを把持するハンドである。ただし、この構成に限定されず、例えば、吸引、吸着によりワークを把持するハンドであってもよく、ドライバー、レンチ等の工具であってもよく、スプレー等の塗布具であってもよい。

なお、エンドエフェクター７は、本実施形態では、ロボット２の構成要素になっていないが、エンドエフェクター７の一部または全部がロボット２の構成要素になっていてもよい。

図１に示すように、力検出部５は、ロボット２に加わる力、すなわち、ロボットアーム２０および基台２１に加わる力を検出するものである。力検出部５は、本実施形態では、基台２１の下方、すなわち、－ｚ軸側に設けられており、基台２１を下方から支持している。

なお、力検出部５の設置位置は、上記に限定されず、例えば、シャフト２４１の下端部や、各関節部分であってもよい。

力検出部５は、例えば、水晶等の圧電体で構成され、外力を受けると電荷を出力する複数の素子を有する構成とすることができる。また、制御装置８は、この電荷量に応じて、ロボットアーム２０が受けた外力に関する値に変換することができる。また、このような圧電体であると、設置する向きに応じて、外力を受けた際に電荷を発生させることができる向きを調整可能である。

また、受付部４は、オペレーターの所定の操作を受け付ける部位である。受付部４は、図示はしないが教示ボタンを有している。この教示ボタンは、直接教示を行う場合に用いることができる。教示ボタンは、メカニカルボタンであってもよく、タッチ式のエレクトリックボタンであってもよい。また、教示ボタンの周囲には、機能が異なる他のボタンが設置されていてもよい。

次に、教示装置３について説明する。
図２に示すように、教示装置３は、ロボット２に対して動作プログラムを指定する機能を有する。具体的には、教示装置３は、ロボットアーム２０の位置、姿勢を制御装置８に入力する。

図２に示すように、教示装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、記憶部３２と、通信部３３と、表示部３４とを有する。教示装置３としては、特に限定されず、例えば、タブレット、パソコン、スマートフォン等が挙げられる。

ＣＰＵ３１は、記憶部３２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。ＣＰＵ３１で生成された信号は、通信部３３を介してロボット２の制御装置８に送信される。これにより、ロボットアーム２０が所定の作業を所定の条件で実行することができる。

記憶部３２は、ＣＰＵ３１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部３２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。

通信部３３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて制御装置８との間で信号の送受信を行う。

表示部３４は、各種ディスプレイで構成されている。本実施形態では、一例としてタッチパネル式、すなわち、表示部３４が表示機能と入力操作機能とを備える構成として説明する。

ただし、このような構成に限定されず、別途、入力操作部を備える構成であってもよい。この場合、入力操作部は、例えば、マウス、キーボード等が挙げられる。また、タッチパネルと、マウス、キーボード等を併用する構成であってもよい。

次に、制御装置８について説明する。
図１に示すように、制御装置８は、本実施形態では、基台２１に内蔵されている。また、図２に示すように、制御装置８は、ロボット２の駆動を制御する機能を有し、前述したロボット２の各部と電気的に接続されている。なお、これに限定されず、制御装置８はロボット２と別体で構成されていてもよい。

ここで、ロボットアーム２０が作業中に一時停止したり、作業を終えて停止したりした際、ロボットアーム２０には、振動が発生する。この振動は、作業の精度、作業時間に影響するため、極力低減することが好ましい。より具体的には、振動が収まるまでの時間は、極力短いことが好ましい。なお、以下では、振動が収まるまでの時間を短くすることを、「振動を抑制する」と言う。

振動を抑制するために、ロボットシステム１００では、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する駆動信号から、特定の周波数成分を除去して補正駆動信号を生成する。

振動の強弱は、エンドエフェクター７の重量や、停止しているときのロボットアーム２０の姿勢や、制御点ＴＣＰの位置、これまで辿ってきた経路、その経路での速度、加速度等の諸条件により決まる。

駆動信号からどの周波数成分を除去して補正駆動信号を生成するかを決定するためには、これらの条件を加味して決定することが好ましい。これらのうち、ロボットアーム２０の動作中、または、ロボットアーム２０の停止中の、ロボットアーム２０の先端の高さに関する高さ情報は、特に振動抑制に影響を及ぼしやすいため、本発明では、高さ情報に基づいて補正駆動信号を生成する。ロボットアーム２０の先端の高さとは、本実施形態では、ロボットアーム２０に設定された制御点ＴＣＰの、ロボット座標系におけるｚ軸座標のことを言う。以下、詳細に説明する。

図３に示すように、制御装置８は、本発明のロボットの制御方法を実行するものであり、モーション処理部８Ａと、サーボ処理部８Ｂと、記憶部８Ｃと、通信部８Ｄと、を有する。モーション処理部８Ａと、サーボ処理部８Ｂとは、それぞれ、少なくとも１つのプロセッサーで構成される。

記憶部８Ｃは、モーション処理部８Ａおよびサーボ処理部８Ｂが実行可能な各種プログラムや、本発明のロボット制御プログラム等の各種プログラムや、後述するテーブル等が記憶されている。記憶部８Ｃとしては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。通信部８Ｄは、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いてロボット２の各部および教示装置３との間でそれぞれ信号の送受信を行う。

モーション処理部８Ａは、位置指令生成部８１と、調整部８２と、を有する。
位置指令生成部８１は、ユーザーが入力した動作プログラムに基づいて、エンドエフェクター７が位置すべき目標位置、目標位置までの速度、加速度を表す位置指令信号を生成する。なお、ユーザーは、教示装置３等の入力装置を用いて動作プログラムを入力することができる。

調整部８２は、ユーザーから入力された情報に基づいて、フィルター処理部８５で除去する周波数成分を決定する。このことに関しては、後述する。

サーボ処理部８Ｂは、位置制御部８３と、速度制御部８４と、フィルター処理部８５と、電流制御部８６と、を有する。

位置制御部８３は、位置指令生成部８１が生成した目標位置、目標位置までの速度、加速度の情報を受信し、これらの情報と、力検出部５の検出結果と、に基づいて、各モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１の速度制御信号を生成し、出力する。

速度制御部８４は、位置制御部８３から速度制御信号を受信する。また、速度制御部８４は、位置制御部８３から受信した速度制御信号と、エンコーダー２５３、エンコーダー２６３、エンコーダー２７３およびエンコーダー２８３の検出結果と、に基づいて、トルク制御信号（以下、「駆動信号」とも言う）を生成し、フィルター処理部８５に出力する。

フィルター処理部８５は、帯域除去フィルターを用いて、速度制御部８４から受信したトルク制御信号から特定の周波数成分を除去することにより、新たなトルク制御信号（以下、「補正駆動信号」とも言う）を生成し、電流制御部８６に出力する。本明細書中の「除去」とは、特定の周波数成分を０にすることはもちろん、低減することも含む。フィルター処理部８５は、調整部８２が出力した信号に基づいて、帯域除去フィルターで用いる係数、すなわち、帯域除去フィルターを用いて除去する周波数成分を決定する。

電流制御部８６は、フィルター処理部８５からトルク制御信号を受信するとともに、図示しないサーボアンプからモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１に供給する電流の電流量を表すフィードバック信号を受信する。電流制御部８６は、フィルター処理部８５から受信したトルク制御信号と、図示しないサーボアンプから受信したフィードバック信号とに基づいて、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１に供給する電流の電流量を決定し、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する。

ここで、ロボットシステム１００では、ユーザーが、高さ情報を入力可能となっている。例えば、ユーザーが、教示装置４を用いて、動作経路に関する情報を入力することにより、制御点ＴＣＰが通過する軌道に関する情報を取得することができる。なお、ここでは、高さ情報は、制御点ＴＣＰが最終目標位置に位置しているときの高さとして説明する。

停止した際の制御点ＴＣＰの高さが、例えば、図８に示すような位置のときと、図９に示すような位置のときとでは、振動が収まるまでの時間が異なる。一般的には、制御点ＴＣＰの高さが低ければ低いほど、振動が収まるまでの時間が長くなる傾向を示す。図示の構成では、高さＣ２のときの方が、高さＣ１のときよりも振動が収まるまでの時間が長くなる傾向を示す。

したがって、ロボットアーム２０の所定の姿勢における制御点ＴＣＰの高さ、すなわち、ｚ軸方向の位置を加味して補正駆動信号を生成することにより振動を抑制することができる。具体的には、調整部８２は、高さ情報に基づいて、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する。具体的には、調整部８２は、図４に示すテーブルＴ１を参照して除去する周波数成分を決定する。テーブルＴ１は、高さ情報と周波数成分との関係を示すものであり、予め実験的に求められたものである。なお、テーブルＴ１に代えて、高さ情報と周波数成分との関係を示す検量線に基づいて除去する周波数成分を決定する構成であってもよい。

図４に示すように、例えば、高さ情報がＣ１であった場合、除去する周波数成分がＦ１である。そして、調整部８２は、Ｆ１に対応する信号をフィルター処理部８５に出力する。そして、上述したような処理を経て、補正駆動信号を得ることができる。このような補正駆動信号でモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動することにより、除去した周波数成分でロボットアーム２０やエンドエフェクター７等の共振が抑制され、振動が収まるまでの時間を短くすることができる。

次に、ロボットアーム２０が、図１２に示すような動作を行う場合について説明する。なお、図１２では、制御点ＴＣＰの軌道を図示している。図１２に示す動作は、上昇動作を行い、水平動作を行い、下降動作を行う動作である。上昇動作は、上昇動作開始位置Ｐ１から上昇動作終了位置Ｐ２まで行われる。水平動作は、上昇動作終了位置Ｐ２から下降動作開始位置Ｐ３まで行われる。下降動作は、下降動作開始位置Ｐ３から下降動作終了位置Ｐ４まで行われる。

上記では、下降動作終了位置Ｐ４における制御点ＴＣＰの高さに基づいて、除去する周波数成分を決定する構成について説明したが、諸条件によっては、水平方向の振動を抑制するために、上昇動作開始位置Ｐ１または下降動作開始位置Ｐ３における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定した方がよい場合がある。具体的には、下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちのいずれも満足しない場合、上昇動作開始位置Ｐ１における制御点ＴＣＰの高さに基づいて、除去する周波数成分を決定する。

下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちの少なくとも１つを満足する場合、下降動作開始位置Ｐ３における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定し、下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちのいずれも満足しない場合、動作開始位置Ｐ１における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定する。

条件１：下降動作開始位置Ｐ３と、下降動作を終了する下降動作終了位置Ｐ４との距離が所定距離以上離れている。
条件２：下降動作開始位置Ｐ３の高さが所定高さ以上である。
条件３：下降動作を終了する下降動作終了位置Ｐ４の高さが所定高さ以上である。

条件１は、下降動作を行う距離に関する規定である。下降動作を行う距離が比較的長い場合には、下降動作開始位置Ｐ３における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定することが好ましい。これにより、水平成分の振動を抑制することができる駆動信号を生成することができる。

条件２は、下降動作開始位置Ｐ３の高さに関する規定である。下降動作開始位置Ｐ３の高さが比較的高い場合には、下降動作開始位置Ｐ３における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定することが好ましい。これにより、水平成分の振動を抑制することができる駆動信号を生成することができる。

条件３は、下降動作終了位置Ｐ４の高さに関する規定である。下降動作終了位置Ｐ４の高さが比較的高い場合には、下降動作開始位置Ｐ３における制御点ＴＣＰの高さに基づいて除去する周波数成分を決定することが好ましい。これにより、水平成分の振動を抑制することができる駆動信号を生成することができる。

このように、動作の条件に応じて除去する周波数成分を決定する基準となる位置を選択することにより、より効果的に振動を抑制することができる。なお、「選択」とは、制御装置３自身が判断基準に基づいて選択する場合と、ユーザーが選択して入力した指示を受け付ける場合との双方を含む。

ここで、除去する周波数成分をＦ０としたとき、Ｆ０は、以下の式（１）で表すことができる。

Ｆ０＝Ｋ１×Ｗ×Ｅｗ×Ｊ^２＋Ｋ２×Ｅｚ×Ｚ×Ｊ＋Ｋ０×Ｗ×Ｚ…（１）

式（１）中のＫ１、Ｋ２、Ｋ０は、それぞれ、ロボット固有の係数であり、実測値から算出することができる。また、式（１）中のＪは、第２アーム２３の第１アーム２２に対する回転角度を示している。また、式（１）中のＷは、ウェイト情報を示している。また、式（１）中のＺは、制御点ＴＣＰのｚ軸方向の位置を示している。また、式（１）中のＥｗは、エンドエフェクター７とワークとの合計重量を示している。また、式（１）中のＥｚは、エンドエフェクター７とワークとを併せた重心位置を示している。

このようなことから、高さ情報に加えて、さらに、これらのうちの少なくとも１つを考慮して補正駆動信号を生成することが好ましい。

ロボットシステム１００では、ユーザーがエンドエフェクター７の重量およびワークの重量に関する情報を、教示装置３を介して入力可能となっている。例えば、ユーザーがエンドエフェクター７の重量およびワークの重量を直接入力するように構成してもよいし、エンドエフェクター７の種類を入力することによって、調整部８２が、入力結果と、エンドエフェクター７の重量との関係を示すテーブルに基づいて、エンドエフェクター７の重量を特定するように構成してもよい。また、ワークの重量についても同様にテーブルを用いて特定する構成にしてもよい。そして、調整部８２は、エンドエフェクター７の重量およびワークの重量に関する情報（以下、「ウェイト情報」と言う）を加味して駆動信号から除去する周波数成分を決定する。

例えば、エンドエフェクター７の重量およびワークの重量が比較的重いＷ１である場合と、エンドエフェクター７の重量およびワークの重量が比較的重いＷ２である場合とでは、振動が収まるまでの時間が異なる。一般的には、エンドエフェクター７の重量およびワークの重量が重ければ重いほど、振動が収まるまでの時間が長くなる傾向を示す。このようなことを考慮して、図５に示すように、上述したようなテーブルＴ１を、ウェイト情報ごとに用意しておき、ウェイト情報に応じてこれらのいずれかを参照して補正駆動信号を生成することにより、さらに振動抑制の精度の高い補正駆動信号を生成することができる。

なお、エンドエフェクター７がワークを把持しない構成である場合、ワークの重量を０とし、ウェイト情報は、エンドエフェクター７の重量のみとなる。

また、ロボットアーム２０の所定の姿勢における重心Ｇ１と、エンドエフェクター７の重心Ｇ２との位置関係を加味して補正駆動信号を生成することが好ましい。本実施形態での所定の姿勢とは、制御点ＴＣＰが目標位置で停止または一時停止している姿勢のことを言う。停止した際の重心Ｇ１と重心Ｇ２との位置関係が、図８に示すような位置関係Ａ１のときと、図９に示すような位置関係Ａ２のときとでは、振動が収まるまでの時間が異なる。これは、重心Ｇ１と重心Ｇ２との距離や、重心Ｇ１と重心Ｇ２とがどの方向にずれているかによって、ロボット２全体の固有振動特性が変わってくるからである。

このようなことから、図６に示すように、上述したようなテーブルＴ１を、重心Ｇ１と重心Ｇ２との位置関係ごとに用意しておき、位置関係に応じてこれらのいずれかを参照して補正駆動信号を生成することにより、さらに振動抑制の精度の高い補正駆動信号を生成することができる。

また、ロボットアーム２０の所定の姿勢におけるロボットアーム２０の全体形状を加味して補正駆動信号を生成することが好ましい。ロボットアーム２０の全体形状は、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１の回転位置に基づいて決定する。特に、スカラロボットにおいては、モーター２６１の回転角度、すなわち、第１アーム２２と第２アーム２３とのなす角度が振動特性に対する影響が大きい。なお、ロボットアーム２０の全体形状に関する情報は、ユーザーが入力した動作経路の情報に含まれている。このため、ユーザーが動作経路に関する情報を入力すると、制御装置８は、目標位置で停止または一時停止している姿勢を把握することができる。

停止した際のロボットアーム２０の全体形状が、図１０に示すような形状Ｂ１のときと、図１１に示すような形状Ｂ２のときとでは、振動が収まるまでの時間が異なる。これは、主として、制御点ＴＣＰの位置とロボットアーム２０の根元の距離に応じてロボット２全体の固有振動特性が変わってくるからである。

このようなことから、図７に示すように、上述したようなテーブルＴ１を、ロボットアーム２０の全体形状ごと、特に、第１アーム２２と第２アーム２３とのなす角度ごとに用意しておき、これらのいずれかを参照して補正駆動信号を生成することにより、さらに振動抑制の精度の高い補正駆動信号を生成することができる。特に、このような制御は、例えば６軸ロボットのような垂直多関節ロボットに適応した場合、有効である。

なお、これらの要素を組み合わせて補正駆動信号を生成してもよい。また、各要素の関係を示す、多次元テーブルを用意しておいてもよい。

次に、本発明のロボットの制御方法の一例について、図１３に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、ステップＳ１０１において、高さ情報を取得する。本ステップは、前述したように、ユーザーが教示装置３を用いて高さ情報等の各種情報を入力し、その情報を制御装置８が取得することにより行われる。このステップＳ１０１が第１ステップである。

次いで、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で取得した高さ情報等の各種情報に基づいて、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する。本ステップは、調整部８２により実行される。また、本ステップは、前述したように、ステップＳ１０１において入力された情報に応じて、適宜テーブルが選択され、選択したテーブルを参照することにより実行される。このステップＳ１０２が、第２ステップである。

次いで、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で決定した周波数成分を駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する。本ステップは、前述したように、フィルター処理部８５により実行される。このステップＳ１０３が、第３ステップである。

次いで、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で生成した補正駆動信号に基づいてモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する。これにより、停止、または、一時停止時した際の振動が抑制され、作業を正確かつ迅速に行うことができる。このステップＳ１０４が、第４ステップである。

以上説明したように、本発明のロボットの制御方法は、基台２１と、基台２１に接続されるロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を駆動するモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を含む駆動部２５、駆動部２６、ｕ駆動部２７およびｚ駆動部２８と、を有するロボット２の制御方法である。また、本発明のロボットの制御方法は、ロボットアーム２０の動作中、または、ロボットアーム２０の停止中の、ロボットアーム２０の先端、すなわち、制御点ＴＣＰの高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、第１ステップで取得した高さ情報に基づいて、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、第２ステップで決定した周波数成分を駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を有する。このような補正駆動信号でロボット２を駆動することにより、停止または一時停止した際の振動を抑制することができ、作業を正確かつ迅速に行うことができる。特に、従来のようにハンマーでロボットアーム２０を叩いて振動特性に関する情報を取得するという工程を省略することができ、簡単な方法で振動を抑制することができる。

なお、本実施形態では、教示装置３以外の入力装置を用いて各種情報を入力する構成であってもよい。

また、第２ステップでは、周波数成分と高さ情報との関係を示す検量線またはテーブルに基づいて周波数成分を決定する。これにより、簡単な処理で、除去する周波数成分を決定することができる。

また、ロボットアーム２０は、ロボットアーム２０の先端が上昇動作開始位置Ｐ１から上昇する上昇動作と、上昇動作後に、ロボットアーム２０の先端が下降動作開始位置Ｐ３から下降する下降動作と、を実行するものである。そして、第２ステップの周波数成分の決定は、動作開始位置Ｐ１および下降動作開始位置Ｐ３のいずれかの位置におけるロボットアームの先端、すなわち、制御点ＴＣＰの高さに基づいて行われる。これにより、諸条件に応じて、水平成分の振動を抑制することができる駆動信号を生成することができる。

また、第２ステップの周波数成分の決定は、下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちの少なくとも１つを満足する場合、下降動作開始位置Ｐ３におけるロボットアーム２０の先端、すなわち、制御点ＴＣＰの高さに基づいて行われ、下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちのいずれも満足しない場合、上昇動作開始位置Ｐ１における制御点ＴＣＰの高さに基づいて行われる。条件１：下降動作開始位置と、下降動作を終了する下降動作終了位置との距離が所定距離以上離れている。条件２：下降動作開始位置の高さが所定高さ以上である。条件３：下降動作を終了する下降動作終了位置の高さが所定高さ以上である。これにより、水平成分の振動を抑制することができる駆動信号を生成することができる。

また、第２ステップの前記周波数成分の決定は、さらに、ロボットアーム２０に設置されるエンドエフェクター７の重量およびエンドエフェクター７の作業対象である対象物の重量に関する情報を含むウェイト情報に基づいて行われる。これにより、さらに振動抑制の精度の高い補正駆動信号を生成することができる。

また、ロボット２は、スカラロボットであり、ロボットアーム２０は、基台２１に接続される第１アーム２２と、第１アーム２２に接続される第２アーム２３と、第２アーム２３に接続される第３アーム２４と、を有している。そして、第２ステップの周波数成分の決定は、さらに、ロボットアーム２０の所定の姿勢における第１アーム２２および第２アーム２３のなす角度に基づいて行われる。これにより、さらに振動抑制の精度の高い補正駆動信号を生成することができる。

また、第３ステップでは、帯域除去フィルターを用いて、第２ステップで決定した周波数成分を駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する。これにより、簡単な処理で補正駆動信号を生成することができる。

また、本発明のロボットの制御方法は、補正駆動信号に基づいて駆動部２５、駆動部２６、ｕ駆動部２７およびｚ駆動部２８を駆動する第４ステップを有する。これにより、停止または一時停止した際の振動を抑制することができ、作業を正確かつ迅速に行うことができる。

また、本発明のロボット制御プログラムは、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を駆動するモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を含む駆動部２５、駆動部２６、ｕ駆動部２７およびｚ駆動部２８と、を有するロボット２を制御するための制御プログラムである。また、本発明のロボット制御プログラムは、ロボットアーム２０の動作中、または、ロボットアーム２０の停止中の、ロボットアーム２０の先端、すなわち、制御点ＴＣＰの高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、第１ステップで取得した高さ情報に基づいて、モーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、第２ステップで決定した周波数成分を駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を実行するためのものである。このようなロボット制御プログラムを実行して得られた補正駆動信号でロボット２を駆動することにより、停止または一時停止した際の振動を抑制することができ、作業を正確かつ迅速に行うことができる。特に、従来のようにハンマーでロボットアーム２０を叩いて振動特性に関する情報を取得するという工程を省略することができ、簡単な方法で振動を抑制することができる。

なお、本発明のロボット制御プログラムは、記憶部３２に記憶されたものであってもよいし、、記憶部８Ｃに記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に格納されていてもよく、ネットワーク等を介して接続可能な記憶装置に記憶されたものであってもよい。

また、本発明のロボットシステムは、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を駆動するモーター２５１、モーター２６１、モーター２７１およびモーター２８１を含む駆動部２５、駆動部２６、ｕ駆動部２７およびｚ駆動部２８と、ロボットアーム２０の作動を制御する制御部である制御装置８と、を備える。また、制御装置８は、ロボットアーム２０の動作中、または、ロボットアーム２０の停止中の、ロボットアーム２０の先端、すなわち、制御点ＴＣＰの高さに関する高さ情報を取得する取得部である通信部８Ｄと、通信部８Ｄが取得した高さ情報に基づいて、駆動信号から除去する周波数成分を決定し、決定した周波数成分を駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する補正信号生成部である調整部８２およびフィルター処理部８５と、を有する。このような補正駆動信号でロボット２を駆動することにより、停止または一時停止した際の振動を抑制することができ、作業を正確かつ迅速に行うことができる。特に、従来のようにハンマーでロボットアーム２０を叩いて振動特性に関する情報を取得するという工程を省略することができ、簡単な方法で振動を抑制することができる。

以上、本発明のロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、ロボットの制御方法、ロボットシステムおよびロボット制御プログラムには、それぞれ他の任意の構成物、工程が付加されていてもよい。

また、前記実施形態では、制御装置８が補正駆動信号を生成する構成について説明したが、本発明ではこれに限定されず、教示装置３が補正駆動信号を生成する構成であってもよい。すなわち、「制御部」は、制御装置８であるととらえてもよく、教示装置３に内蔵されている制御部として捉えてもよい。

２…ロボット、３…教示装置、４…受付部、５…力検出部、７…エンドエフェクター、８…制御装置、８Ａ…モーション処理部、８Ｂ…サーボ処理部、８Ｃ…記憶部、８Ｄ…通信部、２０…ロボットアーム、２１…基台、２２…第１アーム、２３…第２アーム、２４…第３アーム、２５…駆動部、２６…駆動部、２７…ｕ駆動部、２８…ｚ駆動部、３１…ＣＰＵ、３２…記憶部、３３…通信部、３４…表示部、８１…位置指令生成部、８２…調整部、８３…位置制御部、８４…速度制御部、８５…フィルター処理部、８６…電流制御部、１００…ロボットシステム、２２０…筐体、２３０…筐体、２４１…シャフト、２５１…モーター、２５２…ブレーキ、２５３…エンコーダー、２６１…モーター、２６２…ブレーキ、２６３…エンコーダー、２７１…モーター、２７２…ブレーキ、２７３…エンコーダー、２８１…モーター、２８２…ブレーキ、２８３…エンコーダー、Ａ１…位置関係、Ａ２…位置関係、Ｂ１…形状、Ｂ２…形状、Ｃ１…高さ、Ｃ２…高さ、Ｇ１…重心、Ｇ２…重心、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸、Ｔ１…テーブル、ＴＣＰ…制御点、Ｐ１…位置、Ｐ２…位置、Ｐ３…位置、Ｐ４…位置

Claims (10)

1. 基台と、前記基台に接続されるロボットアームと、前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、を有するロボットの制御方法であって、
   前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、
   前記第１ステップで取得した前記高さ情報に基づいて、前記モーターを駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、
   前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を有することを特徴とするロボットの制御方法。
2. 前記第２ステップでは、前記周波数成分と前記高さ情報との関係を示す検量線またはテーブルに基づいて前記周波数成分を決定する請求項１に記載のロボットの制御方法。
3. 前記ロボットアームは、前記ロボットアームの先端が動作開始位置から上昇する上昇動作と、前記上昇動作後に、前記ロボットアームの先端が下降動作開始位置から下降する下降動作と、を実行するものであり、
   前記第２ステップの前記周波数成分の決定は、前記動作開始位置および前記下降動作開始位置のいずれかを選択し、選択した位置における前記ロボットアームの先端の高さに基づいて行われる請求項１または２に記載のロボットの制御方法。
4. 前記第２ステップでは、下記条件１、下記条件２および下記条件３のうちの少なくとも１つを満足する場合、前記下降動作開始位置における前記ロボットアームの先端の高さに基づいて、前記周波数成分を決定し、下記条件１、条件２および下記条件３のうちのいずれも満足しない場合、前記動作開始位置における前記ロボットアームの先端の高さに基づいて、前記周波数成分を決定する請求項３に記載のロボットの制御方法。
   条件１：前記下降動作開始位置と、前記下降動作を終了する下降動作終了位置との距離が所定距離以上離れている。
   条件２：前記下降動作開始位置の高さが所定の高さ以上である。
   条件３：前記下降動作終了位置の高さが所定の高さ以上である。
5. 前記第２ステップの前記周波数成分の決定は、さらに、前記ロボットアームに設置されるエンドエフェクターの重量および前記エンドエフェクターの作業対象である対象物の重量に関する情報を含むウェイト情報に基づいて行われる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
6. 前記ロボットは、スカラロボットであり、
   前記ロボットアームは、第１アームと、前記第１アームに接続される第２アームと、前記第２アームに接続される第３アームと、を有しており、
   前記第２ステップの前記周波数成分の決定は、さらに、前記ロボットアームの所定の姿勢における前記第１アームおよび前記第２アームのなす角度に基づいて行われる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
7. 前記第３ステップでは、帯域除去フィルターを用いて、前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して前記補正駆動信号を生成する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
8. 前記補正駆動信号に基づいて前記駆動部を駆動する第４ステップを有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボットの制御方法。
9. ロボットアームと、
   前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、
   前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記高さ情報に基づいて、前記駆動信号から除去する周波数成分を決定し、決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する補正信号生成部と、を有することを特徴とするロボットシステム。
10. ロボットアームと、前記ロボットアームを駆動するモーターを含む駆動部と、を有するロボットを制御するための制御プログラムであって、
    前記ロボットアームの動作中、または、前記ロボットアームの停止中の、前記ロボットアームの先端の高さに関する高さ情報を取得する第１ステップと、
    前記第１ステップで取得した前記高さ情報に基づいて、前記モーターを駆動する駆動信号から除去する周波数成分を決定する第２ステップと、
    前記第２ステップで決定した前記周波数成分を前記駆動信号から除去して補正駆動信号を生成する第３ステップと、を実行するためのものであることを特徴とするロボット制御プログラム。

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